摘要：石墨烯作为一种新型纳米材料，其自身具有良好的光学、力学和材料学性能，这些性能可以弥补其他材料制备和应用中的性能短板。虽然近年来我国在石墨烯材料应用方面的研究比较多，但相关研究仍然过多地处于对材料基本性能和基础应用方面，并且材料自身的使用也存在一定问题。文章在概括介绍石墨烯的基础上，围绕该新型材料在使用中存在的问题和解决方向，以及石墨烯材料未来的发展趋势进行研究，旨在为相关材料的科学研究提供相应参考。 关键词：石墨烯；应用问题；改性复合材料
1新材料石墨烯概述
1.1石墨烯的来源和发展
2004年，石墨烯是由英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫采用机械剥离的方法由石墨剥离制备，并于2010年凭借该项研究成果荣幸地获得了诺贝尔物理学奖。此由于石墨烯具有优异的物理化学性能，从而引发了石墨烯的研究热潮。从物理学角度出发，
石墨烯是不能以单片层结构稳定平铺，故研究人员以石墨烯的结构与性能为依据，一方面采用物理或化学的方法以石墨为原材料，将石墨剥离分解制备出单层或多层的石墨烯，该方法制备的石墨烯片层尺寸较小。
另一方面，通常通过化学方法以含碳气体或固体化合物为原料，将碳原子逐渐构建出片层石墨烯结构。石墨烯的制备方法的不同导致石墨烯物理化学性能的不同，决定了应用领域的不同。比如，采用电弧法制备的石墨烯材料由于具有开放的介孔结构，导致大电流及倍率等电化学性能优异。经过十几年的发展，目前石墨烯粉体及多晶薄膜已初见成效，但批量大规模生产及单晶薄膜的制备等技术难题仍扼待完善。
1.2石墨烯发展现状
离合器盘尽管石墨烯特性良好，但石墨烯的应用还是很困难的。在技术方面，带隙仍然是一个主要障碍，没有带隙，石墨烯开关就无法关闭，在过去的十年里，研究人员专注于解决这个问题，但尚未取得突破；此外，石墨烯晶体必须与现有的互补金属氧化物半导体(CMOS)器件兼容。在工业方面，硅已经拥有了一个完整的价值链，要为石墨烯重新创造一个价值链需要非常巨大的投资。
2石墨烯使用中存在的问题
石墨烯虽然是一种性能比较优越的材料，但在大规模应用方面存在一定的缺陷和不足。其中，最为突出的是分散性问题，并且，石墨烯较大的比表面积使得其在基体中容易发生不可逆的团聚，直接影响到材料优良性能的发挥。例如，在石墨烯参与材料改性方面，由于石墨烯分散分布于树脂基体之中，且分布不均匀，导致石墨烯在应用方面面临较大的挑战。并且，添加石墨烯后，树脂的粘度会随之上升，最终可能导致材料整体加工难度增加。在这种情况下，石墨烯在改性复合材料中的应用就需要借助有效的方法来将石墨烯配成分散液，然后再喷到诸如碳纤维等材料的表面，并将材料加入到树脂中进行固化处理。除了材料自身的性能外，石墨烯材料使用的技术不成熟和不完善，使得其虽然拥有较大的应用空间，但缺乏规模化、产业化应用的技术基础，这有待于进行进一步的技术研发与材料应用研究。
3石墨烯应用趋势
3.1在芯片制造方面的应用
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石墨烯在芯片制造方面的应用主要体现在对硅基芯片的替代方面。相关研究表明，石墨烯的移动性约为硅的250倍，而石墨烯基芯片在性能和功耗方面都优于硅基芯片。相关数据显示，我国的石墨烯晶圆年产值达到300t左右，能够较大程度上保证石墨烯基芯片的生产。基于石墨烯基芯片相较于硅基芯片的性能优势，以及材料供应的稳定和成本低的特点，将石墨烯材料应用到芯片制备中具有明显的前景和优势。近年来，包括华为在内的一些电子产品生产商为解决芯片供应链问题，开始深入研究和开发石墨烯基芯片，并取得一定成效。
水泵自动抽水3.2在改性复合材料制备中的应用
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与以往采用的增韧改性方法相比，石墨烯本身具有的促成波纹结构性能，可以使碳纤维与树脂基体结构互锁，形成结构和性能更优的改性复合材料。在目前的研究中，已经有关于石墨烯改性复合材料的研究。例如，西安航空职业技术学院自动化工程学院的段笑提出了一种石墨烯改性复合材料的方法，这种方法主要包括将石墨烯加入到树脂基体中和将石墨烯加入到纤维表面两种方法。其中，第1种方法是将经过处理的石墨烯均匀地加到树脂基体中，当石墨烯的含量达到2%时，复合材料的拉伸强度可以提高10%左右；第2种方法是将
硅烷化氧化石墨烯引入到碳纤维表面，当石墨烯的含量达到0.5%时，复合材料的剪切强度会提升60%，材料的弯曲强度则会提升15%。图1为该复合材料制备的具体流程。通过图1可以看出，石墨烯改性碳纤维—环氧树脂复合材料的制备不仅流程简单，而且实现了石墨烯分散液的混合均匀分布，使最终的改性材料在剪切性能、弯曲程度、冲击韧性等方面都有明显的性能提升。基于这种研究和实践，石墨烯材料可以借助该流程和工艺，在改性复合材料方面得到更广泛的应用。
图1石墨烯改性碳纤维—环氧树脂复合材料制备的流程
3.3在建筑材料制备中的应用
鸽钟石墨烯是从石墨材料中剥离出来的材料，因此，可以通过使用石墨制备的材料或者设备中提取出石墨烯材料，将其作为建筑类材料加以运用。例如，美国莱斯大学的研究人员借助一种工艺，从旧轮胎中提取石墨烯，然后将其应用于混凝土材料的制备。在这项研究中，研究人员主要是将轮胎炭黑制成的石墨烯添加了0.1%的重量/百分比（wt%），最终发现，这种水泥制成的混凝土的抗压强度比没有使用石墨烯材料的高出了30%左右。并且，这种混凝土制备方法实现了废旧轮胎的二次利用，具有明显的环保效果。虽然目前关于这种石墨烯应用尚处于研究阶段，但从废旧轮胎等含有石墨材料的物品中提取石墨烯，并将其应用到建筑材料的制备中，既符合节能环保的理念，又可以降低建筑材料制备的成本，是未来石墨烯材料应用的重点领域。
3.4在环境治理中的应用
管式直线电机石墨烯作为一种新型材料，除了能应用于环保类材料的制备之外，还可以应用到环境污染的治理中。相关研究表明，石墨烯具有超大的比表面积，丰富的电子结构使其具有明显的吸附优势，使其可以应用到水污染的治理中，用于吸附污水中的有机污染物，净化水质。例如，有学者将多孔石墨烯、还原氧化石墨烯等作为吸附剂吸附污水中的亚甲基蓝等有机
染料、抗生素类污染物，以及其他有机物具有明显作用。并且，石墨烯类材料可以通过简单方式从水体中分离出来，在经过解吸附和洗脱后得以循环再生，这使得该类材料在环境治理中的利用更加科学、有效。
4结语
当前,石墨烯的应用仍受限于材料制造水平，低级、廉价的石墨烯产品（譬如氧化石墨烯纳米颗粒）会最先面世，而依赖于高纯度石墨烯的产品可能还需要数十年才能开发出来。总而言之，石墨烯凭借其众多惊人的属性成为新材料领域的明星,很可能引发一场新的技术革命。
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